金属功能材料
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2021年 28卷 05期
刊出日期：2021-10-20
研究与技术
研究与技术
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三元锂离子正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的控制合成与储能特性研究
唐松章 张勇 陈鑫洪 舒霞 秦永强 吴玉程
本文采用草酸共沉淀法和高温固相法相结合的方法成功合成了LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)三元锂离子正极材料，通过先用水热合成草酸钴锰前驱体，然后再与镍盐、锂盐进行高温固相反应，避免了Ni2+、Co2+、Mn2+在草酸中沉淀不均匀的问题。X射线衍射分析(XRD)结果表明，该材料具有典型的类似α-NaFeO2的层状结构以及低的阳离子混排。电化学性能测试结果显示，相比于商业镍钴锰酸锂(NCM-商业),NCM622表现出优良的循环稳定性和倍率性能，在0.1C下经850°C 处理的NCM-850试样的初始放电容量为184.1mAh g-1，高于NCM-商业的175mAh g-1，在0.2C循环100圈以后NCM-850的容量保持率为88.6%而NCM-商业的保持率仅为47.8%。在5C下NCM-850仍然具有98.1mAh g-1的容量。这主要归因于材料拥有更稳定的晶体结构和更大的离子扩散通道。
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湿法球磨工艺对CeO2粒度分布及抛光性能的影响
张笑寒 陈向晖 杨军 赵东 裴文利 徐民
抛光粉粒度与其抛光性能有密切关系，然而粒度相同的抛光粉，粒度分布的不同对其抛光性能也具有重要影响。为了探究粒度分布对抛光性能的影响，以粒径较大的CeO2粉为原料，使用不同球磨设备对CeO2粉进行细化，设置不同的球磨工艺参数并添加不同的助剂，获得中位粒径D50=1 μm，具有不同粒度分布的CeO2料液，添加一定量分散剂调配成固含量10 %的抛光液。用9B双面抛光机对K9玻璃进行抛光，记录玻璃单位时间质量减少量，并利用原子力显微镜测量抛光表面粗糙度。结果表明，设置不同的球磨工艺可以对CeO2粒径分布进行调控，CeO2粒度分布较窄时，具有较高的抛光去除率MMR，粒度分布适中时，兼具抛光效率与表面质量。使用行星式搅拌球磨机，选用直径为3 mm的磨珠、球料比为5:1，抛光机转速为30 rpm，浆液流速为30 rpm、并在球磨介质中添加质量比为0.1%的聚丙烯酸钠作为助剂时，可获得最低的表面粗糙度Ra=0.849 nm。
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18CrNiMo7-6齿轮钢高温渗碳淬火变形数值模拟
贺笃鹏 张国强 王毛球 曹燕光 侯雅青 杨丽
本文以18CrNiMo7-6齿轮钢为对象，通过有限元的方法，模拟了C型缺口试样高温渗碳淬火的温度场、相变场、以及应力场，研究了高温渗碳淬火的变形规律，结果表明，通过模拟与实测变形结果比对，建立的多场耦合的有限元模型能够较为准确模拟高温渗碳淬火变形规律；C型缺口试样渗碳淬火时热应力和马氏体相变应力交互作用，导致C型缺口张开位移呈现先增后降再增加的变化趋势，当心部马氏体含量在50%时缺口张开位移最小。
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功能银纳米团簇的最新进展：荧光特性和生物应用
陈海山 杨洁
银纳米团簇（Ag NCs）是尺寸介于金属原子和纳米颗粒之间的一种新型荧光纳米材料，因其超小的尺寸使其具有独特的电子结构和不同寻常的物理化学性质，如强光致发光、良好的生物相容性、优异的光稳定性，在生物传感、生物成像和生物医学领域引起了越来越多的关注。在这篇综述中，我们主要关注了近年来对Ag NCs的合成、功能化和应用的研究总结，重点介绍了Ag NCs在荧光性质以及相关应用方面的最新进展。最后，我们还对Ag NCs在荧光性质以及相关应用领域未来发展的挑战和前景进行了展望。
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DyF3涂敷量对NdFeB磁体热扩渗过程、磁性能的影响及其机理
向令 赵东 王琳 刘立民 江盼 裴文利
摘 要：涂敷法作为重稀土热扩渗技术的一种，具有低成本、操作简单等优点，现已成为工业化应用的主流技术。目前方法为了获得好的热扩渗效果，需要涂覆大量的DyF3粉，这造成不必要的浪费。本研究针对该问题，研究了不同DyF3涂敷量热扩渗磁体的性能、微观组织结构和Dy元素分布。利用自主研发的DyF3新型涂料涂敷在烧结NdFeB磁体表面，进行热扩渗处理。该涂料主要以主填料(DyF3)和有机组份(增稠树脂、分散剂和润湿分散剂等)组成，由于涂料具有速干、流动性好和附着力强的特点，在磁体表面形成稳定的DyF3涂覆量可控涂层。结果表明，Dy浓度差是热扩渗的驱动力，因此涂敷量对样品矫顽力提升有重要影响。涂敷量较少时，Dy元素热扩渗不充分，导致矫顽力的提升有限；随着涂覆量增加，Dy元素的扩渗充分，在晶界中均匀分布，此时磁体具有最佳的综合磁性能；继续增加涂覆量，Dy和涂液中C、F等元素开始进入主相晶粒，造成磁性能的恶化，磁性能反而下降。因此重稀土涂覆量应在适当范围内，过多和过少都会造成热扩渗效果不好。本实验的最佳DyF3涂敷量为0.81 wt.%，经过热扩渗后，矫顽力由14.60 kOe提升到19.78 kOe，剩磁的下降很小，磁体达到最佳的综合性能。
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RFe12型稀土永磁材料研究进展
郭函 冯海波
RFe12(R为稀土元素)型稀土永磁材料具有稀土用量少、内禀磁性能优异的特点，在节约稀土资源的同时也能达到较高的磁性能，最有潜力成为下一代高性能稀土永磁材料。但是，如何将其内禀磁性能实现为外禀磁性能，即在各向异性微结构中实现高矫顽力一直没有得到解决，这限制了RFe12型稀土永磁材料的应用。近年来，通过替换元素、掺杂和改进合成工艺来稳定RFe12相结构的同时提高内禀磁性能是学者们的主要研究方向。本文从RFe12型稀土永磁材料的晶体结构(ThMn12结构)出发，就不同晶位元素替换的效果进行整理和分析，同时讨论了模拟计算在磁性材料开发过程中的应用前景，并对RFe12型高性能稀土永磁材料的发展做出展望。
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镁基储氢合金的研究现状
雍辉 李玉钏 胡季帆 高金良 王帅
镁基储氢合金由于储氢量高，价格低廉，无毒性，且安全性高等优势被认为是最有发展前途的金属基储氢材料，然而，由于Mg-H键很稳定，镁基氢化物不仅放氢动力学迟缓而且放氢温度较高。这些问题的存在使镁基储氢材料的应用仍难以实现。鉴于此，本文从镁基储氢合金的改性与应用角度，较全面地综述了其近十几年来的研究发展现状。
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FeCuNbSiB纳米晶磁环绝缘涂层制备及磁性能研究
潘贇
利用连续涂覆机在FeCuNbSiB纳米晶合金带材表面通过改变溶胶-凝胶法工艺制备了SiO2绝缘涂层，同时对存在绝缘涂层的磁环磁性能进行了研究。研究表明，由LHH涂覆工艺制备的SiO2绝缘涂层均匀致密，涂层表面裂纹较少，在20 V/s的升压速率下涂层的耐压平均值约为54 V。同时，经纵磁退火后，具有绝缘涂层的磁环在直流磁滞回线中保持了>95 %的矩形比，并且交流状态下具有和无涂层磁环较为接近的损耗值Pcm。其中，在500 mT，20 KHz条件下， LHH绝缘涂层磁环的平均损耗值Pcm为38.1 W/Kg，其对应的无涂层磁环损耗值Pcm为37.4 W/Kg。除此之外，在10 KHz到100 MHz的频率范围内，相比无涂层磁环，绝缘涂层磁环的阻抗值Z明显升高，同时虚部磁导率μ''较为接近而实部磁导率μ'则显著降低。
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气体氢化处理对非晶硅薄膜电化学性能影响的研究
尤超 张海民 杨淞婷 罗永春
本文针对传统水系镍氢电池电化学窗口较窄以及能量密度较低的缺点，基于硅材料优异的储氢性能，采用射频磁控溅射方法和后气体氢化处理分别制备非晶硅（a-Si）和氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜作为镍氢电池负极材料，通过XRD、TEM、XPS、SEM、EDS和电化学测试等方法研究了气体氢化处理前后非晶硅薄膜结构以及其在质子型离子液体中的电化学性能。结果表明，溅射所制备的硅薄膜呈非晶态，溅射后在硅薄膜与镍衬底界面处形成了硅镍化合物相，且溅射时非晶硅薄膜有一定程度的氧化。经气体氢化处理后，非晶硅薄膜中硅与氢形成SiH、SiH2和SiH3三种键合方式，并伴有少量的非晶硅晶化发生，薄膜发生一定程度的剥落，且氧化程度加重。电化学测试分析表明，溅射态非晶硅薄膜电极的放电容量很低（113 mAh·g-1），气体氢化后的非晶硅薄膜电化学性能显著改善，当气体氢化30 min时薄膜电极具有最大的放电容量480 mAh·g-1，其充放电20个循环后其容量仍未衰减。
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复合涂层-织构化钛合金的摩擦学性能研究
夏俊超 戴庆文 王晓雷 黄巍
摘要：钛合金是航空航天机械零部件的重要原材料，但钛合金/不锈钢配副中，钛合金其耐磨性差，摩擦系数高且不稳定。表面织构技术和复合涂层技术是提高表面摩擦学性能的有效途径。本研究结合表面织构技术和复合固体润滑涂层技术对TC4(Ti-6Al-4V)进行表面改性，探究了表面改性后钛合金与不锈钢之间的摩擦学行为。试验结果表明，表面织构与固体润滑涂层的耦合作用可以显著改善钛合金的摩擦学性能。
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TbHx晶界扩散细晶钕铁硼磁体的组织结构与性能
张民 吕向科 王春国 沈国迪 毛越
通过调整粉末粒度控制烧结钕铁硼磁体的晶粒尺寸，研究烧结温度对磁性能的影响。在磁体表面涂覆TbHx然后进行晶界扩散，研究晶粒细化对TbHx晶界扩散磁体性能的影响。结果表明：Tb原子扩散进入主相晶粒边缘区域，使主相晶粒外延层产生磁硬化；晶粒细小磁体中的Tb元素均匀分布于晶界，形成连续的重稀土薄层，起到良好的去磁耦合作用，从而提高磁体内禀矫顽力。因此，细晶粒磁体晶界扩散后矫顽力提升幅度大，且剩磁下降较小，具有好的综合磁性能。
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铁的磷酸盐纳米颗粒的控制合成及表征
李倩茹 王翠青
以FeCl3?6H2O、Na3PO4和NaAc为原料，以乙二醇与水的混合物为溶剂，通过溶剂热法在210 °C的条件下反应8小时制备了铁的磷酸盐纳米颗粒。通过改变溶剂中乙二醇与水的量、Na3PO4的量、NaAc的量可以得到不同尺寸的铁的磷酸盐纳米颗粒样品。利用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线粉末衍射(XRD)手段对产物的形貌和结构进行了表征和研究
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架空输电线路杆塔金属电偶腐蚀行为特征提取方法
胡松江 务孔永 张国锋 邢远 杜俊贤 杨易斐 吕坤阳
为提高架空输电线路杆塔金属电偶腐蚀行为特征提取的准确性，提出架空输电线路杆塔金属电偶腐蚀行为特征提取方法。制备试样，模拟腐蚀环境参数，开展模拟加速试验，通过腐蚀产物微观形貌及成分分析，在暴露试验架设计下测定腐蚀表面形貌分形维数，根据计算的分形维数值，利用 Photoshop6.0图像处理软件对所得电偶腐蚀行为特征图像进行提取处理，从而完成架空输电线路杆塔金属电偶腐蚀行为特征的提取。结果表明，此次研究的架空输电线路杆塔金属电偶腐蚀行为特征提取方法能够准确分析电偶腐蚀速率情况与失重情况，提高了电力输送的安全性。
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建筑铝型材的表面电镀与性能研究
王小东 张启志 徐健
采用电镀技术在建筑用Al-Cu-Mg硬铝合金型材上制备了Ni涂层和Ni/GO涂层，对比分析了基材和涂层的显微形貌、硬度、耐蚀性能和耐磨性能。结果表明，铝合金表面涂层中未见气孔或者裂纹等缺陷，整体较为致密，Ni涂层的C和O原子质量分数和原子百分数都远小于Ni/GO涂层；表面镀Ni涂层和Ni/GO涂层都有助于提升表面硬度，Ni/GO涂层的硬度约为基材硬度的1.43倍；极化曲线和电化学阻抗谱测试结果表明，Ni涂层和Ni/GO涂层的耐蚀性能都优于基材，且Ni/GO涂层的耐蚀性最好；不同载荷作用下，Ni涂层和Ni/GO涂层的耐磨性能都优于基材，且Ni/GO涂层的耐磨性能最好。
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高应变率下Q345/304不锈钢焊接接头的动态力学性能及其显微组织分析
邬小萍
利用分离式霍普金森压杆试验装置(SHPB)对碳钢焊接接头进行应变速率为1000~3500s-1范围内的动态力学试验，获得了不同应变速率下的应力?应变关系曲线，利用金相显微镜对压缩后的接头组织进行了分析，试验结果表明：碳钢焊接接头的应变速率强化效应不明显，但是表现出显著的应变强化，随着应变速率的升高，材料发生局部塑性变形更加剧烈，并采用修正的Johnson-Cook 本构方程拟合了Q345/304不锈钢焊接接头在高应变速率条件下的本构关系，拟合曲线与实验数据吻合较好。
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3D打印技术在关节置换中的应用
康雅平 郭静 王振国
3D打印技术凭借创新的快速成型技术，术前精确打印出人体骨骼结构模型，在医学骨科领域迅速发展，备受医学学者和临床医生的青睐，得到了快速推广和广泛应用。本文主要介绍了3D打印技术在髋、膝、肩关节置换等方面的应用，同时简单介绍了3D打印技术的优势和局限，并对其在骨科领域未来的应用和发展进行了展望。
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PVC薄膜电镀Cu-Ni-Cr的研究
黎金盛 王成刚 黄元盛 余锦耀 林丽霞
进行了PVC薄膜的Cu-Ni-Cr复合镀工艺研究，除物理粗化和化学粗化前处理工序外，后续的脱脂—调整剂处理—钯活化—解胶—化学镀镍—预镀铜—镀酸铜—镀半光镍—镀光镍—镀光亮铬工序均在塑料镀自动加工线上进行。使用金相显微镜、X射线荧光测厚仪(XRF)、精密鼓风干燥箱和扫描电镜(SEM)对复合镀层的厚度、耐热性和表面形貌进行了分析。结果表明，物理粗化方式处理后获得的复合镀层在光亮度、附着力、热冲击性三方面均优于化学粗化方式获得的复合镀层。物理粗化获得的Cu镀层厚度均匀性较差，而Ni镀层厚度均匀性与化学粗化的比较接近，这是由于酸铜镀液分散能力好，填平能力强，从而使两种粗化获得的铜镀层表面都是平整的，但物理粗化的表面粗糙度较大，所以镀铜层厚度均匀性差。而镀镍是以镀铜层为基底，由于镀铜层的表面都很平整，所以两种前处理获得的镍层厚度相差不大。
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晶界扩散型(Tb,Nd)FeB磁体的结构与性能
张鹏杰 曹玉杰 孙威 李炳山 徐光青 魏汉中 王继全
采用磁控溅射方法在烧结钕铁硼磁体表面沉积一层Tb镀层，然后进行晶界扩散热处理，制备出晶界扩散型(Tb,Nd)FeB磁体。通过扫描电子显微镜、电子探针分析仪和磁滞回线测量仪分析了晶界扩散前后磁体的微观结构与磁性能。结果表明：与NdFeB磁体相比，采用晶界扩散方法制备的(Tb,Nd)FeB磁体具有更宽的晶界相，且晶界相连续分布在主相晶粒周围，起到了去磁耦合作用。并且分布在主相晶粒表层的重稀土元素Tb形成了磁晶各向异性场更高的(Nd,Tb)2Fe14B相。 (Tb,Nd)FeB磁体的内禀矫顽力Hcj得到显著提升，其Hcj由NdFeB磁体的15.98 kOe提高到23.78 kOe。
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